Комбинированная антенная система

 

Полезная модель относится к области техники СВЧ и может использоваться в качестве антенной системы, работающей на излучение и прием электромагнитных волн. Техническим результатом полезной модели является обеспечение требуемого распределения электромагнитного поля определенной волновой моды как внутри, так и снаружи объемного резонатора с возможностью изменения диаграммы направленности. Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемой комбинированной антенной системе, содержащей объемный резонатор, элементы распределения электромагнитного поля по его внешней поверхности и источник электромагнитного поля, тем, что объемный резонатор выполнен в виде сферы, внутри которой находится полый металлический стержень, установленный между двумя противолежащими сторонами сферы, и располагаемый так, что расстояние от него до ближайшей к нему боковой стенки резонатора >5d, где d - диаметр стержня, при этом dст=0,1r сф, где rсф - радиус сферы, внутренний объем резонатора заполнен диэлектриком, и имеются элементы связи, соединяющие внутренний объем и внешнюю поверхность сферы. 1 с. и 6 з.п.п. ф-лы, 4илл.

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и может использоваться в качестве антенной системы, в частности, в качестве комбинированной антенной системы, работающей на излучение или прием электромагнитных волн.

Известен корабельный пеленгатор Богомазова (см. заявку РФ на изобретение №92011409, М. кл. 00157/52, опубл. 20.11.1996 г.), в котором используется антенна с двумя смещенными облучателями в виде нижнего и верхнего дисков, которые скреплены на расстоянии по высоте 130 мм с помощью шести болтов. В прорези нижнего диска жестко закреплен оптический пеленгатор, а в центре верхнего диска имеется конусная втулка для оси вращения планки, на которой жестко закреплена антенна. Эта антенна создает двухлепестковую диаграмму направленности.

Однако данная антенна имеет низкую добротность, т.е. работает в широкой полосе частот, в силу чего неэффективно передает мощность. Кроме того она имеет большие габариты.

Известна антенна для приема электромагнитного излучения со спутников (см.патент США №2003011526, М. кл. H01Q 13/18, H01Q 13/10, H01Q 1/32, опубл. 16.01.2003 г.), включающая резонатор в виде цилиндрического стакана, имеющего электропроводящее основание (низ) и верхнюю часть, а также непроводящую секцию между электропроводящими боковой стенкой и верхней частью. Электропроводящее основание находится в контакте с электропроводящей боковой стенкой, которая расположена между основанием и заземленным внешним корпусом. Внутренний объем резонатора заполнен диэлектриком, в качестве которого может быть воздух. Антенна может принимать электромагнитную волну, имеющую круговую или вертикальную поляризацию в конусе с углом не менее 160°. В электропроводящей боковой стороне резонатора выполнено углубление, в крайней части которого расположен диэлектрик в виде пластины, параллельной основанию резонатора. На этой пластине установлена верхняя часть резонатора. Внутри резонатора посредине его объема, от основания до верхней части проходит коаксиальный проводник, к которому подключается усилитель, располагаемый вне резонатора. Расстояние между верхней частью

и основанием составляет не менее 0,05 длины электромагнитной волны и не более 0,5 длины волны.

Данная антенна, как и предыдущий аналог, также работает в широкой полосе частот, поскольку добротность резонатора недостаточна из-за того, что основной волной является волна ТЕМ. При этом диаграмма направленности обеспечивается в узкой полосе частот. Кроме того в данной антенной системе невозможно изменять диаграмму направленности.

Данная антенная система выбрана за прототип.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение требуемого распределения электромагнитного поля определенной волновой моды как внутри, так и снаружи объемного резонатора с возможностью изменения диаграммы направленности.

Данный технический результат обеспечивается в предлагаемой комбинированной антенной системе, содержащей объемный резонатор, имеющий элементы распределения электромагнитного поля по его внешней поверхности, источник электромагнитного поля, отличающейся, тем, что объемный резонатор выполнен в виде сферы, внутри которой находится полый металлический цилиндрический стержень, установленный между двумя противолежащими сторонами сферы, и располагаемый таким образом, что расстояние от него до ближайшей к нему боковой стенки резонатора >5dст, где d - диаметр стержня, при этом dст=0,1r сф, где rсф - радиус сферы, внутренний объем резонатора заполнен диэлектриком, и имеются элементы связи, соединяющие внутренний объем и внешнюю поверхность сферы.

В качестве диэлектрического наполнителя внутреннего объема резонатора может быть использован воздух или сложный диэлектрик с с длиной волны, где - электрическая проницаемость диэлектрика, о - длина волны в воздухе.

При этом диэлектрический наполнитель может находиться в различных агрегатных состояниях.

Имеющиеся в антенной системе элементы связи могут быть выполнены в виде щели, или дифракционных отверстий, или петель, или обеспечиваться утончением части стенки сферы до величины скин-слоя.

Выполнение объемного резонатора в виде сферы позволяет использовать как внутренний, так и внешний ее объемы для создания требуемого распределения электромагнитного поля определенной волновой моды и ее перехода на внешнюю поверхность сферы, с которой электромагнитная волна излучается в пространство.

При этом внутренний стержень является как фильтром моды, так и элементом питания. Он может быть перемещен на изменяемое расстояние от ближайшей стенки резонатора в соответствии с выбранными соотношениями

в зависимости от требуемого распределения внешнего излучения (диаграммы направленности антенной системы).

Для выхода электромагнитной волны на внешнюю поверхность могут использоваться различные элементы связи, выбор которых обуславливается соображениями максимальной эффективности: минимальной добротности резонатора и максимума излучаемой на внешнюю поверхность мощности.

Конструкция предлагаемой комбинированной антенной системы поясняется фиг.1, 2, 3, 4.

Предлагаемая система (см. фиг.1) содержит объемный резонатор 1 в виде сферы, внутри которой между ее противолежащими сторонами установлен полый металлический стержень 2, таким образом, что он отстоит от ближайшей боковой стенки резонатора 1 на выбранное расстояние <5dст в зависимости от требуемого распределения внешнего излучения, при этом dст =0,1rсф. В случае установки стержня 2 посредине сферы 1 (при необходимости создания определенной диаграммы направленности) его длина составит 2rсф. Внутри стержня 2 может находиться генератор СВЧ-колебаний. Внутри резонатора 1 находится диэлектрический наполнитель 3, в качестве которого может использоваться воздух или сложный диэлектрик в различных агрегатных состояниях. На фиг.1 также показаны элементы связи 4, выполненные в виде петель, выходящих из дифракционных отверстий, но в качестве таких элементов могут также использоваться щели (см. фиг.2), дифракционные отверстия (см. фиг.3). На фиг.4 показаны элементы связи 4, выполненные утончением части стенки сферы 1 до величины скин-слоя (показана область стенки сферы с толщиной h порядка скин-слоя).

Предлагаемая комбинированная антенная система работает следующим образом.

Элемент питания, например, генератор СВЧ-колебаний, установленный в металлическом стержне 2, расположенном внутри объемного резонатора (сферы) 1, обеспечивает генерирование тока, который протекая по стержню 2, превращается у одного из его полюсов в пучность напряжения. За счет контакта стержня 2 со стенками резонатора 1 обеспечиваются устойчивые колебания внутри сферы 1 с высокой добротностью, т.е. в узкой полосе частот. При этом стержень 2 накладывает граничные условия и делает невозможным протекание токов вне металлического стержня 2 (находящегося по центру сферы или смещенного внутри нее). За счет имеющихся элементов связи 4 поверхностный ток со стенок внутренней поверхности сферы 1 посредством тока смещения «выходит» на внешнюю сторону сферы 1, где растекается в соответствии с внешним импедансом сферы 1 и затем излучается в пространство. Диаграмма направленности данной антенной системы может корректироваться как за счет формы и количества элементов связи 4, так и за счет характеристик внутреннего колебания (частоты, амплитуды, моды).

Таким образом использование внутренней и внешней поверхностей объемного резонатора 1 в виде сферы позволяет эффективно использовать

энергию колебаний и переизлучать ее в открытое пространство, обеспечивая достижение указанного выше технического результата.

1. Комбинированная антенная система, содержащая объемный резонатор, имеющий элементы распределения электромагнитного поля по его внешней поверхности, источник электромагнитного поля, отличающаяся тем, что объемный резонатор выполнен в виде сферы, внутри которой находится полый металлический стержень, установленный между двумя противолежащими сторонами сферы, и располагаемый таким образом, что расстояние от него до ближайшей к нему боковой стенки резонатора >5 dст, где dст - диаметр стержня, при этом dст=0,1r сф, где rсф - радиус сферы, внутренний объем резонатора заполнен диэлектриком, и имеются элементы связи, соединяющие внутренний объем и внешнюю поверхность сферы.

2. Комбинированная антенная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрического наполнителя внутреннего объема резонатора использован воздух.

3. Комбинированная антенная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрического наполнителя использован сложный диэлектрик с длиной волны , где - электрическая диэлектрика, o - длина волны воздуха.

4. Комбинированная антенная система по п.1, отличающаяся тем, что элементы связи выполнены в виде щелей.

5. Комбинированная антенная система по п.1, отличающаяся тем, что элементы связи выполнены в виде дифракционных отверстий.

6. Комбинированная антенная система по п.1, отличающаяся тем, что элементы связи выполнены в виде петель.

7. Комбинированная антенная система по п.1, отличающаяся тем, что элементы связи обеспечены утончением части стенки сферы до величины скин-слоя.



 

Похожие патенты:

Эффективность снижения шума выпуска маломощных высокооборотных двигателей внутреннего сгорания снегоходов Буран - цель этой настроенной выхлопной резонансной системы.

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для измерения углов в системах управления

Предлагаемый перестраиваемый микрополосковый резонатор СВЧ относится к области СВЧ микроэлектроники и предназначен для работы в составе фильтров СВЧ и генераторах СВЧ в качестве элемента с электрическим управлением резонансной частотой.

Изобретение относится к нетрадиционным источникам энергии
Наверх